طراحي و پياده سازي عملي كنترلر زاويه اي PID با بهره گيري از سيستم فازي براي تنظيم بهره‌هاي كنترلي كوادروتور

Design and implementation of attitude PID controller with fuzzy system to adjust the controller gain values for quadrotor

اين مقاله يك مدل كنترلي كاملا عملي و سخت افزاري براي پرنده چهار روتور ارائه مي‌كند. مدلسازي كوادروتور با استفاده از روابط اويلر-نيوتون بيان مي‌شود. براي پايدارسازي و كنترل كوادروتور يك كنترلر كلاسيك PID طراحي و پياده سازي شده و از يك كنترلر فازي براي تنظيم ضرايب كنترلي استفاده مي‌شود. با توجه به اينكه كوادروتور يك سيستم غيرخطي است استفاده از كنترلرهاي كلاسيك براي پايدار سازي آن به اندازه كافي موثر نخواهد بود، از اين رو استفاده از سيستم فازي كه از جمله كنترلرهاي غيرخطي به شمار مي‌رود براي اين سيستم غيرخطي موثر خواهد بود. سيستم فازي با توجه به مقدار مطلوب منظور شده براي كوادروتور بهره‌هاي كنترلي را به منظور بهبود عملكرد كوادروتور تنظيم مي‌كند و نتايج بهتري نسبت به كنترلر كلاسيك PID درپي دارد. يك مجموعه آزمايشگاهي شامل حسگرهاي شتاب‌سنج و ژيروسكوپ به همراه ميكروكنترلر براي پياده‌سازي كنترلر زاويه‌اي فازي PID طراحي و ساخته شده است. با توجه به اينكه داده‌هاي آزمايشگاهي داراي خطا و نويز هستند از فيلتر كالمن براي كاهش نويز حسگر استفاده شده است. در نهايت استفاده از فيلتر كالمن براي فيلتر داده‌هاي آزمايشگاهي منجر به كنترل زاويه‌اي مناسب مجموعه شده است.

This paper presents a completely practical control approach for quadrotor drone. Quadrotor is modeled using Euler-Newton equations. For stabilization and control of quadrotor a classic PID controller has been designed and implemented on the plant and a fuzzy controller is used to adjust the controller parameters. Considering that quadrotor is a nonlinear system, using classic controllers for the plant is not effective enough. Therefore, using fuzzy system which is a nonlinear controller is effective for the nonlinear plant. According to the desired set point, fuzzy system adjusts the controller gain values to improve the performance of quadrotor which leads to better results than classical PID controller. To study the performance of fuzzy PID controller on attitude control of the system, a quadrotor is installed onto the designed stand. The system consists of accelerometer and gyroscope sensors and a microcontroller which is used to design fuzzy PID attitude controller for the quadrotor. Regarding to the considerable noises of the experimental data, Kalman filter is used to reduce them. Finally, using the Kalman filter leads to better estimation of the quadrotor angle position and the fuzzy PID controller performs the desired motions successfully.